主题：【资料】纳米新技术(共3讲)

纳米技术的应用
著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在60年代就预言，如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，物体就能得到大量的异乎寻常的特性。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。 纳米材料从根本上改变了材料的结构，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开辟了新途径。其应用主要体现在以下七方面： 在陶瓷领域的应用 随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，则它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点。 在微电子学上的应用纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理信息的能力，实现信息采集和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。 在生物工程上的应用虽然分子计算机目前只是处于理想阶段，但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用，它将使单位体积物质的储存和信息处理能力提高上百万倍。 在光电领域的应用纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高10倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊讶。 在化工领域的应用将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中，则可以有效地遮蔽紫外线。将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩。纳米微粒还可用作导电涂料，用作印刷油墨，制作固体润滑剂等。 研究人员还发现，可以利用纳米碳管其独特的孔状结构，大的比表面（每克纳米碳管的表面积高达几百平方米）、较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。 在医学上的应用科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展，现在已用于临床动物实验，估计不久的将来即可服务于人类。 研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗。 在分子组装方面的应用如何合成具有特定尺寸，并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料，一直是科研工作者努力解决的问题。目前，纳米技术深入到了对单原子的操纵，通过利用软化学与主客体模板化学，超分子化学相结合的技术，正在成为组装与剪裁，实现分子手术的主要手段。 纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其重要性毋庸质疑，许多发达国家都投入了大量资金进行研究，正如钱学森院士所预言的那样："纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。" 

纳米科技对理化分析测试仪器的影响 


人肉眼能够看得见的一直到无限大的物体都是宏观领域，比分子原子小一直到无穷小的物体都是微观领域，介于两者之间的自然是介观领域，包括微米、亚微米、纳米到团簇的尺寸，一般又狭义地将微米和亚微米称为介观领域，而将纳米和团簇尺寸的单独称为纳米体系，尺寸在0.1nm-100nm之间。 纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等基本物理效应，其热学性质、磁学性质、光学性质、力学性质、电学性质、敏感特性、表面稳定性、扩散和烧结性质、超塑性质等方面皆不同于一般物质。未来20年量子效应的原理性器件、分子电子器件、纳米器件将成为电子工业的核心，各种具有纳米结构的磁性材料、光电子材料、阻燃材料、防静电材料等的出现将在很大程度上改变理化分析测试仪器的设计加工和性能，而纳米技术的发展也将带动相关仪器制造行业的长足发展。 纳米科技对理化分析测试仪器的影响主要有两个方面： 一是在理化分析测试仪器的设计制造中直接应用纳米科技的最新研究成果，以获得更好的仪器性能，这里面的内容将是五花八门不胜枚举的，比如象塞曼原子吸收、电磁双聚焦大型质谱仪、医用CT等对磁场强度和磁场强度分布均匀性要求较高的仪器有望从中获益，在仪器小型化和价格上发生重大变革。 另一方面是纳米科技发展本身对理化分析测试仪器的直接需求，纳米物质的各种性质毫无疑问需要相关的测试仪器进行测定，传统仪器本来不能用于纳米材料的，现在也在千方百计地改进性能以适应纳米材料测量的需要。既然纳米材料尺寸小，显微镜自然是其观测研究所必不可少的，事实上与纳米有关的研究一半以上都是以扫描隧道显微镜（STM）为分析和加工手段的。类似的还有原子力显微镜（AFM）、弹道电子发射显微镜（BEEM）、分析电子显微镜（AEM）、近场光学离子显微镜（APFIM）、近场扫描光学显微镜（NSOM）等。在进行纳米微粒尺寸的评估时，一般用X射线衍射、X射线散射、拉曼散射等。此外，在研究纳米固体材料的微结构时，除了上述方法外，还用到电子能量损失谱（EELS）、电子衍射谱（EDS）、俄歇电子能谱（AES）、二次离子质谱（SIMS）、二次中子质谱（SNMS）、激光微探针质谱（LMMS）、穆斯堡尔谱、正电子湮灭、核磁共振、拉曼光谱、电子自旋共振等。